亜鉛イオンとERp44の連携による分泌経路の新たなタンパク質品質管理機構

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03978
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 稲葉 謙次 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (10423039)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 亜鉛イオン / 亜鉛トランスポーター / ERp44 / ゴルジ体 / タンパク質品質管理

研究実績の概要

分泌経路に存在する亜鉛トランスポーター（ZnT）の系統的ノックダウン実験により、主としてZnT7がERp44の細胞内局在を制御することを突き止めた。さらに、東北大・水上進教授との共同研究により、ゴルジ体へターゲッティングされる亜鉛センサープローブを開発し、Cell Chemical Biology誌に論文を発表した。この亜鉛プローブを用い、シス・ミディアル・トランスゴルジ体内の亜鉛濃度をそれぞれ測定した。その結果、亜鉛トランスポータによるゴルジ体内の亜鉛濃度の制御機構の詳細を明らかにした。現在、本成果をまとめ、論文投稿準備中である。さらに、ゴルジ体からサイトゾルへ亜鉛イオンを排出するZIPファミリーのトランスポーターにも着目し、系統的なノックダウン実験を行った。その結果、ERp44の機能制御に関わるZIPメンバーを同定した。以上の研究を通し、ZnT, ZIPファミリーメンバーを介した亜鉛イオン恒常性維持機構の全容解明に迫った。

さらに、ERp44の主たる制御因子である亜鉛トランスポーターZnT7のクライオ電子顕微鏡による高分解能構造解析に取り組んだ。令和元年度の時点では、分解能が１０Å程度であったが、ZnT7の膜外ドメインを特異的に認識するモノクローナル抗体を作製し、そのFabフラグメントとZnT7の複合体について、2.7Åという高分解能で立体構造を決定することに成功した。亜鉛結合状態、非結合状態の両方の構造情報から、ZnT7が駆動する亜鉛輸送機構の詳細を考察中である。現在本成果について、論文投稿準備中である。

また、他のZnTやZIPファミリーについても、クライオ電子顕微鏡による構造解析を目指し、大量発現精製系を構築した。すでに、ZnT5とZIP7についてはサンプル調製に成功し、近日中にクライオ電子顕微鏡による構造解析を開始する予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] San Raffaele Scientific Institute(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: San Raffaele Scientific Institute
• [雑誌論文] Distinct roles and actions of protein disulfide isomerase family enzymes in catalysis of nascent-chain disulfide bond formation (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirayama, C., Machida, K., Noi, K., Murakawa, T., Okumura, M., Ogura, T., Imataka, H., and Inaba, K.*
  • 雑誌名: iScience 巻: 4 ページ: 102296
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102296
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A unique leucine-valine adhesive motif supports structure and function of protein disulfide isomerase P5 via dimerization (2021)
  • 著者名/発表者名: Okumura, M., Kanemura, S., Matsusaki, M., Kinoshita, M., Saio, T., Ito, D., Hirayama, C., Kumeta, H., Watabe, M., Amagai, Y., Lee, Y.-H, Akiyama, S., and Inaba, K.*
  • 雑誌名: Structure 巻: in press ページ: S0969
  • DOI: 10.1016/j.str.2021.03.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cryo-EM structures of SERCA2b reveal the mechanism of regulation by the luminal extension tail (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhang. Y., Inoue, M., Tsutsumi, A., Watanabe, S., Nishizawa, T., Nagata, K., Kikkawa, M. and Inaba, K.*
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 6 ページ: eabb0147
  • DOI: 10.1126/sciadv.abb0147
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantitative imaging of labile Zn2+ in the Golgi apparatus using a localizable small-molecule fluorescent probe (2020)
  • 著者名/発表者名: Kowada, T., Watanabe, T., Amagai, Y., Liu, R., Yamada, M., Takahashi, H., Matsui, T., Inaba, K. and Matsui, T.
  • 雑誌名: Cell Chem. Biol. 巻: 27 ページ: 1521-1531
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2020.09.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of the ER-resident peroxidases GPx7 and GPx8 shows the higher oxidative activity of GPx7 and its linkage to oxidative protein folding (2020)
  • 著者名/発表者名: Kanemura, S., Sofia, F. E., Hirai, N., Okumura, M., Kadokura, H. and Inaba, K.*
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 295 ページ: 12772-12785
  • DOI: 10.1074/jbc.RA120.013607
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observing the nonvectorial yet cotranslational folding of a multidomain protein, LDL receptor, in the ER of mammalian cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Kadokura, H., Dazai, Y., Fukuda, Y., Hirai, N., Nakamura, O., and Inaba, K.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 117 ページ: 16401-16408
  • DOI: 10.1073/pnas.2004606117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Antipsychotic olanzapine-induced misfolding of proinsulin in the endoplasmic reticulum accounts for atypical development of diabetes (2020)
  • 著者名/発表者名: Ninagawa, S., Tada, S., Okumura, M., Inoguchi, K., Kinoshita, M., Kanemura, S., Imami, K., Umezawa, H., Ishikawa, T., Mackin, R., Torii, S., Ishihama, Y., Inaba, K., Anazawa, T., Nagamine, T. and Mori, K.
  • 雑誌名: eLife 巻: 9 ページ: e60970
  • DOI: 10.7554/eLife.60970
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PDI family members as guides for client folding and assembly (2020)
  • 著者名/発表者名: Kanemura, S., Matsusaki, M., Inaba, K. and Okumura, M.
  • 雑誌名: Int. J. Mol. Sci. 巻: 21 ページ: E9351
  • DOI: 10.3390/ijms21249351
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Visualization of structural dynamics of protein disulfide isomerase enzymes in catalysis of oxidative folding and reductive unfolding (2020)
  • 著者名/発表者名: Okumura, M., Noi, K. and Inaba, K.*
  • 雑誌名: Curr. Opin. Struct. Biol. 巻: 66 ページ: 49-57
  • DOI: 10.1016/j.sbi.2020.10.004
  • 査読あり
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡単粒子解析が明らかにする小胞体カルシウムポンプSERCA2bの構造機能制御機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 稲葉 謙次
  • 学会等名: 東北大―理研連携シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 亜鉛輸送体によるゴルジ体の亜鉛制御が ERp44機能を調節する (2020)
  • 著者名/発表者名: 天貝佑太, 山田桃, 小和田俊行, 渡邊朝美, 楢本悟史, 渡部聡, 経塚淳子, 水上進, Roberto Sitia, 稲葉謙次
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] A new role of cellular zinc for protein quality control in the early secretory pathway (2020)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Watanabe, Yuta Amagai, Sara Sannino, Amiko Miyake, Roberto Sitia, and Kenji Inaba
  • 学会等名: 第20回蛋白質科学会年会
• [学会発表] Biochemical characterizations of ER-resident peroxidases, GPx7andGPx8, reveal their distinct oxidative activities (2020)
  • 著者名/発表者名: Shingo Kanemura, Elza Firdiani Sofia, Naoya Hirai, Masaki Okumura, Hiroshi Kadokura and Kenji Inaba
  • 学会等名: 第20回蛋白質科学会年会
• [学会発表] PDIファミリー酵素PDIRの3つのチオレドキシン様ドメインの異なる機能的および化学的特性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 東 晃太、松崎 元紀、渡部 聡、稲葉 謙次
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会
• [学会発表] 小胞体における亜鉛結合性シャペロンERp44とクライアントとの複合体の解離機構の生化学的解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 三宅 杏美子，渡部 聡，天貝 佑太，稲葉 謙次
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会
• [学会発表] 小胞体内ジスルフィド結合触媒ネットワークとインスリンフォールディングの品質管理 (2020)
  • 著者名/発表者名: 奥村正樹、稲葉謙次
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会
  • 招待講演
• [図書] 実験医学 (2020)
  • 著者名/発表者名: 天貝佑太、渡部聡、稲葉謙次
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 羊土社
• [図書] 日本生化学会誌 (2020)
  • 著者名/発表者名: 奥村 正樹、稲葉 謙次
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 日本生化学会
• [図書] 臨床免疫・アレルギー科 (2020)
  • 著者名/発表者名: 金村 進吾、松崎 元紀、 前仲 勝実、 稲葉 謙次、 奥村 正樹
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 科学評論社
• [備考] 東北大学多元物質科学研究所 稲葉研究室ホームページ
  • URL: http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/inaba/html/
• [産業財産権] 液滴及びその製造方法 (2020)
  • 発明者名: 奥村 正樹、松﨑 元紀、金村 進吾、齋尾 智英、稲葉 謙次
  • 権利者名: 奥村 正樹、松﨑 元紀、金村 進吾、齋尾 智英、稲葉 謙次
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-100517